Establecimiento de la perfusión de circuito cerrado en situ de órganos abdominales inferiores y extremidades traseras en ratones
Summary
Se describe un protocolo para la perfusión in situ de la parte inferior del cuerpo del ratón, incluyendo la vejiga, la próstata, los órganos sexuales, los huesos, los músculos y la piel del pie.
Abstract
La perfusión ex vivo es una herramienta fisiológica importante para estudiar la función de los órganos aislados (por ejemplo, hígado, riñones). Al mismo tiempo, debido al pequeño tamaño de los órganos de ratón, la perfusión ex vivo de hueso, vejiga, piel, próstata y órganos reproductivos es desafiante o no factible. Aquí, informamos por primera vez un circuito de perfusión del cuerpo inferior in situ en ratones que incluye los tejidos anteriores, pero pasa por alto los principales órganos de aclaramiento (riñón, hígado y bazo). El circuito se establece cannulando la aorta abdominal y la vena cava inferior por encima de la arteria ilíaca y la vena y cauterizando los vasos sanguíneos periféricos. La perfusión se realiza a través de una bomba peristáltica con flujo de perfusión mantenido hasta 2 h. La tinción in situ con lectina fluorescente y solución de Hoechst confirmó que la microvasculatura se perfundió con éxito. Este modelo de ratón puede ser una herramienta muy útil para el estudio de procesos patológicos, así como mecanismos de administración de fármacos, migración/metástasis de células tumorales circulantes hacia/desde el tumor, e interacciones del sistema inmunitario con órganos y tejidos perfundidos.
Introduction
La perfusión de órganos aislados fue desarrollada originalmente para estudiar la fisiología de órganos para el trasplante1,2,3, y permitió la comprensión de las funciones de los órganos sin interferencia de otros sistemas del cuerpo. Por ejemplo, la perfusión aislada de riñón y corazón fue inmensamente útil para comprender los principios básicos de la hemodinámica y los efectos de los agentes vasoactivos, mientras que la perfusión hepática era importante para entender la función metabólica, incluido el metabolismo de fármacos en tejidos sanos y enfermos4,,5,,6,,7. Además, los estudios de perfusión fueron fundamentales para comprender la viabilidad y la función de los órganos destinados al trasplante. En Cancer Researchearch, la perfusión tumoral aislada ha sido descrita por varios grupos que utilizan ratón, rata y tejidos humanos recién resecados8,,9. En alguna perfusión tumoral aislada, el tumor se implantó en la almohadilla de grasa del ovario para forzar el crecimiento del tumor que suministra los vasos sanguíneos de la arteria mesenteria10. El grupo Jain realizó estudios pioneros utilizando perfusión aislada de adenocarcinomas de colon para entender la hemodinámica tumoral y metástasis8,11,12,13. Otras configuraciones innovadoras de ingeniería ex vivo incluyen un dispositivo de perfusión basado en placas de 96 pozos para cultivar las células de mieloma múltiple humanas primarias14 y una cámara de flujo modular para la ingeniería de arquitectura de médula ósea y la investigación de funciones15.
Además de los estudios de fisiología y patología, la perfusión de órganos se ha utilizado para estudiar los principios básicos de la administración de fármacos. Así, un grupo describió la perfusión aislada de las extremidades de las ratas y estudió la acumulación de liposomas en sarcomas implantados16,mientras que otro grupo realizó perfusión renal humana diseccionada para estudiar la focalización endotelial de nanopartículas17. Ternullo et al. utilizaron un colgajo de piel humana perfundido aislado como un modelo de penetración de fármacos de piel cercano a in vivo18.
A pesar de estos avances en la perfusión de grandes órganos y tejidos, no ha habido informes sobre modelos de perfusión in situ en ratones que: a) bypassen órganos aclaradores como hígado, bazo y riñones; b) incluir órganos pélvicos, piel, músculo, órganos reproductivos (en hombres), vejiga, próstata y médula ósea. Debido al pequeño tamaño de estos órganos y a la vasculatura suministradora, la cannulación ex vivo y el establecimiento de un circuito de perfusión no han sido factibles. El ratón es el modelo animal más importante en la investigación del cáncer y la inmunología, y la administración de medicamentos. La capacidad de perfunden pequeños órganos de ratón permitiría responder preguntas interesantes sobre la administración de fármacos a estos órganos, incluidos los tumores implantados en la pelvis (vejiga, próstata, ovario, médula ósea), así como estudios de fisiología básica e inmunología de enfermedades de estos órganos. Para abordar esta deficiencia, desarrollamos un circuito de perfusión in situ en ratones que potencialmente puede evitar lesiones tisulares y es mucho más adecuado para la investigación funcional que la perfusión de órganos aislados.
Protocol
Representative Results
Discussion
El circuito descrito se puede utilizar para sondear varias preguntas de investigación, por ejemplo, el papel de diferentes componentes séricos y barreras tisulares en la administración de fármacos, o el tráfico inmune y de células madre. Se pueden añadir diferentes sistemas de administración de medicamentos (por ejemplo, liposomas y nanopartículas) al perfuso para comprender el papel de los factores fisiológicos y bioquímicos en el parto. La duración de la perfusión puede variar, dependiendo del tejido estud…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El estudio fue apoyado por la subvención DE NIH CA194058 a DS, Skaggs School of Pharmacy ADR seed grant program (DS); National Natural Science Foundation of China (Grant No 31771093), el Proyecto de Colaboración Internacional de la Provincia de Jilin (No.201180414085GH), los Fondos Fundamentales de Investigación para las Universidades Centrales, el Programa para el Equipo de Investigación Innovadora de Ciencia y Tecnología JLU (2017TD-27, 2019TD-36).
Materials
| Equipment | |||
| 3.5x-90x stereo zoom microscope on boom stand with LED light | Amscope | SKU: SM-3BZ-80S | |
| Carbon dioxide, USP | Airgas healthcare | 19087-5283 | |
| Confocal microscope | NIKON | ECLIPSE Ti2 | |
| Disposable Sterile Cautery Pen with High Temp | FIAB | F7244 | |
| Moist chamber bubble trap (part 6 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 733692 | Customized as the perfisate container; also enabled constant pressure perfusion |
| Moist chamber cover with quartz window (part 3 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 733524 | keep the chamber's temperature |
| Moist chamber with metal tube heat exchanger | Harvard Apparatus | 732901 | Water-jacketed moist chamber with lid to maintain perfusate and mouse temperature |
| Olsen-Hegar needle holders with suture cutters | Fine Science Tools (FST) | 125014 | |
| Oxygen compressed, USP | Airgas healthcare | C2649150AE06 | |
| Roller pump (part 4 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 730113 | deliver perfusate to cannula in the moist chamber |
| SCP plugsys servo control F/Perfusion (part 1 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 732806 | control the purfusion speed |
| Silicone pad | Harvard Apparatus | ||
| Silicone tubing set (arrows in Figure 1) | Harvard Apparatus (TYGON) | 733456 | |
| Student standard pattern forceps | Fine Science Tools (FST) | 91100-12 | |
| Surgical Scissors | Fine Science Tools (FST) | 14001-14 | |
| Table for moist chamber | Harvard Apparatus | 734198 | |
| Thermocirculator (part 2 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 724927 | circulating water bath for all water-jacketed components |
| Three-way stopcock (part 5 in Figure 1) | Cole-Palmer | 30600-02 | |
| Veterinary anesthesia machine | Highland | HME109 | |
| Materials | |||
| 19-G BD PrecisionGlide needle | BD | 305186 | For immobilizing the Insyte Autoguard Winged needle and scratching the cortical bone |
| 4-0 silk sutures | Keebomed-Hopemedical | 427411 | |
| 6-0 silk sutures | Keebomed-Hopemedical | 427401 | |
| Filter (0.2 µm) | ThermoFisher | 42225-CA | Filter for 5% BSA-RINGER’S |
| Permanent marker | Staedtler | 342-9 | |
| Syringe (10 mL) | Fisher Scientific | 14-823-2E | |
| Syringe (60 mL) | BD | 309653 | Filter for 5% BSA-RINGER’S |
| Reagents | |||
| 1% Evans blue ( w/v ) in phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.5) | Sigma | 314-13-6 | |
| 10% buffered formalin | velleyvet | 36692 | |
| BALB/c mice ( 8-10 weeks old ) | Charles River | ||
| Baxter Viaflex lactate Ringer's solution | EMRN Medical Supplies Inc. | JB2324 | |
| Bovine serum albumin | Thermo Fisher | 11021-037 | |
| Cyanoacrylate glue | Krazy Glue | ||
| DyLight-649-lectin | Vector Laboratories,Inc. | ZB1214 | |
| Ethanol (70% (vol/vol)) | Pharmco | 111000190 | |
| Hoechst33342 | Life Technologies | H3570 | |
| Isoflurane | Piramal Enterprises Limited | 66794-017-25 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco | 10010023 |
References
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